JP2007120872A - ハイブリッドヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 吸収式ヒートポンプの再生器の加熱源から排出される燃焼排ガスから熱を回収して、高いＣＯＰを実現し、かつ排出される燃焼排ガスの温度が低いハイブリッドヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】 本発明のハイブリッドヒートポンプシステムは、再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、ポンプを備える吸収式ヒートポンプと、圧縮器と、膨張器と、大気熱交換器を備え、作動流体を吸収式ヒートポンプで熱交換させる圧縮式ヒートポンプとを備えている。そのハイブリッドヒートポンプシステムは、再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって圧縮器に供給される圧縮式ヒートポンプの作動流体を加熱することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収式ヒートポンプと圧縮式ヒートポンプを組合せたハイブリッドヒートポンプシステムに関する。

従来から、ヒートポンプを利用して冷暖房や給湯を行うシステムが知られている。ヒートポンプとしては種々の様式のものが利用されているが、代表的には圧縮式ヒートポンプが用いられている。

圧縮式ヒートポンプは、作動流体を圧縮する圧縮器と、圧縮された作動流体を冷却する冷却器と、冷却された作動流体を膨張させる膨張器と、膨張した作動流体を加熱する加熱器を備えている。作動流体は圧縮器で圧縮され、冷却器で冷却され、膨張器で膨張して、加熱器で加熱するサイクルを繰返す。

上記の圧縮式ヒートポンプを利用して、例えば加熱器において室内の空気と作動流体を熱交換させ、冷却器において室外の空気と作動流体を熱交換させることで、室内を冷房することができる。この場合、膨張器で膨張した作動流体は室内の空気より低温となっており、室内の空気との熱交換によって作動流体は加熱される。また圧縮器で圧縮された作動流体は室外の空気より高温となっており、室外の空気との熱交換によって作動流体は冷却される。

また上記とは異なり、冷却器において室内の空気と作動流体を熱交換させ、加熱器において室外の空気と作動流体を熱交換させることで、室内を暖房することができる。この場合、膨張器で膨張した作動流体は室外の空気より低温となっており、室外の空気との熱交換によって作動流体は加熱される。また圧縮器で圧縮された作動流体は室外の空気より高温となっており、室外の空気との熱交換によって作動流体は冷却される。

上記した圧縮式ヒートポンプは、作動流体として適切なものを利用して、冷却器において作動流体が凝縮して凝縮熱を放出し、加熱器において作動流体が蒸発して蒸発熱を吸収するような構成とすることで、室外の空気からの温度差が大きい冷暖房を実現することができる。

上記した圧縮式ヒートポンプは、高いＣＯＰ（Coefficient of Performance）を実現することができる。しかしながら、室外の空気からの温度差がより大きい冷暖房を実現しようとすると、それだけ作動流体を高い圧力まで圧縮器で圧縮する必要がある。作動流体を高い圧力まで圧縮すると、圧縮器におけるエネルギーが増大し、圧縮式ヒートポンプのＣＯＰは低下してしまう。また、高い圧力に耐える圧縮器は大型で高価であり、家庭等で利用するうえで好ましいものではない。
そこで上記した圧縮式ヒートポンプを吸収式ヒートポンプと併用することによって、圧縮器の負荷を軽減する技術が開発されている。

吸収式ヒートポンプは、溶媒で希釈された溶液を加熱して溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、分離された溶媒蒸気を凝縮する凝縮器と、凝縮された溶媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発した溶媒を濃縮溶液に吸収させて希釈する吸収器を備えている。溶媒は、蒸発器で蒸発し、吸収器で濃縮溶液に吸収され、再生器で溶液から蒸発して分離され、凝縮器で凝縮されるサイクルを繰返す。溶液は、吸収器で溶媒を吸収して希釈化され、再生器で溶媒が蒸発して濃縮されるサイクルを繰返す。

蒸発器では溶媒が蒸発熱を吸収して蒸発する。このため、蒸発器に水等の作動流体を循環させることで、作動流体を冷却することができる。冷却された作動流体を利用すると冷房装置で冷房することが可能となる。

吸収器では溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収するときに吸収熱を発生する。このため、吸収器に水等の作動流体を循環させることで、作動流体を加熱することができる。加熱された作動流体を利用すると暖房装置で暖房することが可能となる。

また凝縮器では溶媒蒸気が凝縮熱を放出して凝縮する。このため、凝縮器に水等の作動流体を循環させることで、作動流体を加熱することができる。加熱された作動流体を利用すると暖房装置で暖房することが可能となる。

上記した吸収式ヒートポンプにおける蒸発器での作動流体の冷却や、凝縮器や吸収器での作動流体の加熱を、圧縮器ヒートポンプにおける冷却器や加熱器に利用することによって、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用したシステムを実現することができる。

上記のように圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用したハイブリッドヒートポンプシステムは、例えば特許文献１から５に記載されている。このようなハイブリッドヒートポンプシステムによれば、圧縮器にかかる負荷を低いものとし、高いＣＯＰを実現し、かつ室外の空気からの温度差が大きい冷暖房を実現することができる。
特開２００４−１０８７３１号公報 特開２００４−１１６８００号公報 特開２００４−１１６８０６号公報 特開２００５−７７０３６号公報 特開２００５−７７０３７号公報

吸収式ヒートポンプの再生器の加熱源としては、燃焼ガスを用いるバーナ等の加熱源が用いられる。燃焼ガスの熱は一部が溶液の加熱に利用されるものの、加熱に利用されなかった残余の熱は、再生器から排出される燃焼ガス（燃焼排ガス）に含まれたまま大気に放出される。このため、発生させた熱を有効に活用しきれておらず、システムのＣＯＰを下げる要因となっていた。また高温の燃焼排ガスを大気に放出することは、環境に対する負荷が大きく、望ましいものではない。

本発明は上記課題を解決する。本発明は、吸収式ヒートポンプの再生器の加熱源から排出される燃焼排ガスから熱を回収して、高いＣＯＰを実現し、かつ排出される燃焼排ガスの温度が低いハイブリッドヒートポンプシステムを提供する。

本発明で具現化されるシステムは、吸収式ヒートポンプと圧縮式ヒートポンプを組合せたハイブリッドヒートポンプシステムである。そのシステムは、吸収式ヒートポンプと圧縮式ヒートポンプを備えている。その吸収式ヒートポンプは、燃焼ガスとの熱交換によって溶液を加熱し溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、分離された溶媒蒸気を第１流体との熱交換によって凝縮させる凝縮器と、凝縮した溶媒を第２流体との熱交換によって蒸発させる蒸発器と、溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収させて濃縮溶液を希釈し希釈された溶液を第３流体との熱交換によって冷却する吸収器と、冷却された溶液を再生器に還流させるポンプを備えている。その圧縮式ヒートポンプは、作動流体を圧縮する圧縮器と、作動流体を膨張させる膨張器と、作動流体を大気と熱交換させる大気熱交換器とを備え、作動流体を第２流体または第３流体として吸収式ヒートポンプで熱交換させる。そのシステムは、再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって、圧縮器に供給される作動流体を加熱することを特徴とする。

上記のハイブリッドヒートポンプシステムは、空調装置を利用した冷暖房や、給湯のための湯水の加熱に利用することができる。上記のシステムによれば、吸収式ヒートポンプで加熱される第１流体や第３流体を利用することで、暖房や給湯を行うことができる。また吸収式ヒートポンプで冷却される第２流体を利用することで、冷房を行うことができる。上記のシステムによれば、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用することで、吸収式ヒートポンプのみを利用する場合に比べて、高いＣＯＰを実現することができる。圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用することで、圧縮式ヒートポンプのみを利用する場合に比べて、圧縮器で必要とされる圧縮比を低減して、圧縮器にかかる負荷を軽減することができるため、圧縮式ヒートポンプ自体のＣＯＰが向上する。
上記のシステムでは、圧縮器に供給される作動流体を、再生器の燃焼排ガスを利用して加熱する。これによって、圧縮器で必要とされる圧縮比をさらに軽減して、圧縮器にかかる負荷をさらに軽減することができる。圧縮器の小型化・低コスト化をはかることができる。また再生器で発生させた燃焼ガスの熱を有効に活用することができるため、高いＣＯＰを実現することができる。さらに高温の燃焼排ガスを冷却してから排出することが可能であり、環境に与える負荷を小さくすることができる。

上記したハイブリッドヒートポンプシステムは、空調用流体を第３流体として吸収器で熱交換させて加熱する手段と、吸収器で加熱された空調用流体を利用して暖房運転を行う空調装置をさらに備え、圧縮式ヒートポンプが、圧縮器で圧縮された作動流体を第２流体として蒸発器で熱交換させて冷却し、膨張器で膨張した作動流体を大気熱交換器で熱交換させて加熱することで、空調装置による暖房を行うことができる。

上記のシステムによれば、大気熱交換器で大気中から吸収した熱と、再生器の燃焼ガスから吸収した熱と、圧縮器で作動流体に付与されるエネルギーを利用して、暖房を行うことができる。圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用しており、なおかつ再生器の燃焼排ガスを利用して圧縮器に供給される作動流体を加熱していることから、圧縮器にかかる負荷が低く、ＣＯＰの高い暖房運転を実現することができる。

上記のシステムは、再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって、空調用流体を加熱することが好ましい。

上記のような構成とすることによって、再生器の燃焼排ガスからさらに熱を回収して、空調装置による暖房に利用することができる。再生器の燃焼ガスの熱を有効に活用することができ、暖房運転のＣＯＰをさらに向上することができる。また、燃焼排ガスをさらに冷却してから排出することが可能であり、環境に与える負荷をさらに小さくすることができる。

上記のシステムにおいては、空調装置から供給される空調用流体を再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって加熱し、再生器で加熱された空調用流体を第３流体として吸収器で熱交換させて加熱し、吸収器で加熱された空調用流体を第１流体として凝縮器で熱交換させて加熱し、凝縮器で加熱された空調用流体を空調装置へ還流させることが望ましい。

暖房運転時には、空調装置から供給される空調用流体は低温となっている。この低温の空調用流体を、吸収器や凝縮器で加熱する前に、再生器の燃焼排ガスと熱交換させることによって、より多くの熱を燃焼排ガスから回収することができる。暖房運転のＣＯＰをさらに向上することができる。また排出される燃焼排ガスを低温とすることで、環境に与える負荷を低減することができる。

上記では空調装置を用いて暖房を行う場合を説明したが、上記のハイブリッドヒートポンプシステムを用いて、給湯のための湯水の加熱を行うこともできる。
上記したハイブリッドヒートポンプシステムは、内部に水を蓄える貯湯槽と、貯湯槽の底部から水を汲み出して貯湯槽の上部に戻す手段をさらに備え、貯湯槽の底部から汲み出した水を第１流体との熱交換によって加熱し、加熱された水を貯湯槽の上部に戻すことで、貯湯槽へ給湯のための湯水を貯湯することができる。

上記のシステムによれば、大気熱交換器で大気から吸収した熱と、再生器の燃焼ガスから吸収した熱と、圧縮器で作動流体に付与されるエネルギーを利用して、貯湯槽の底部から汲み出した水を加熱して、貯湯槽の上部に高温の湯水を貯めることができる。圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用し、再生器の燃焼排ガスを利用して圧縮器に供給される作動流体を加熱していることから、圧縮器にかかる負荷が低く、ＣＯＰの高い貯湯運転を実現することができる。

本発明のハイブリッドヒートポンプシステムによれば、吸収式ヒートポンプの再生器の加熱源から排出される燃焼排ガスから熱を回収して、高いＣＯＰを実現することができる。さらに排出される燃焼排ガスの温度を低減させて、環境に対する負荷を軽減することができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）吸収式ヒートポンプには、冷房運転と暖房運転に応じて、濃縮溶液の流路と溶媒の流路をそれぞれ切替える切替弁が備えられている。この切替え弁の切替えに応じて、蒸発器として機能する熱交換器と吸収器として機能する熱交換器が切替わる。
（形態２）吸収式ヒートポンプは、切替弁の開路を切替え不能に固定することによって、冷房運転のみを行なうものとしても利用できるし、暖房運転のみを行なうものとしても利用できる。

本発明を具現化したハイブリッドヒートポンプシステム１００を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（１）冷房運転、暖房運転
図１は、本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００の冷房運転時の状態を示す。図１に示すように、ハイブリッドヒートポンプシステム１００は、空調装置１０２と、貯湯槽１０４と、吸収式ヒートポンプ１０６と、圧縮式ヒートポンプ１０８から構成されている。

空調装置１０２は、水を作動流体とする空調装置である。空調装置１０２は冷房運転と暖房運転を切替え可能である。冷房運転の際には、作動流体を吸収式ヒートポンプ１０６によって冷却し、冷却された作動流体を用いて冷房運転を行う。暖房運転の際には、作動流体を吸収式ヒートポンプ１０６によって加熱し、加熱された作動流体を用いて暖房運転を行う。

吸収式ヒートポンプ１０６は、臭化リチウム水溶液などのリチウム塩溶液を作動流体とする。吸収式ヒートポンプ１０６は、主に、高温再生器１１０と、分離機１２２と、低温再生器１１２と、凝縮器１１４と、蒸発器１１６と、吸収器１１８から構成されている。低温再生器１１２、凝縮器１１４、蒸発器１１６、吸収器１１８は、内部が低圧に保たれた負圧タンク１２０内に形成されている。

高温再生器１１０は、低濃度の溶液（以下では希液という）が通過する高温再生熱交換器１２４と、高温再生熱交換器１２４を通過する希液を燃焼ガスによって加熱する加熱源（バーナ）１２６を備えている。希液流路１３０内の希液は、ポンプ１２８によって駆動されて高温再生器１１０へ還流し、高温再生熱交換器１２４へ供給される。高温再生熱交換器１２４を通過する間に加熱され沸騰した希液は、分離器１２２に導かれ、水蒸気と、濃縮した中濃度の溶液（以下では中液という）に分離される。

分離器１２２で分離された水蒸気と中液は、それぞれ水蒸気流路１３２、中液流路１３４を経て、負圧タンク１２０内の上部に形成された低温再生器１１２に区分して供給される。低温再生器１１２に供給される際に、中液流路１３４を流れる中液は、希液流路１３０を流れる希液と、熱交換器１３６で熱交換する。これによって、中液は冷却されて低温再生器１１２に供給され、希液は加熱されて高温再生器１１０へ供給される。

低温再生器１１２内には、低温再生熱交換器１３８が備えられており、水蒸気流路１３２から低温再生熱交換器１３８内に流入する水蒸気と、中液流路１３４から低温再生熱交換器１３８の表面に滴下する中液との間で熱交換が行われる。熱交換によって、水蒸気は冷却され、中液は加熱される。冷却された水蒸気は凝縮して水となり、低温再生熱交換器１３８から凝縮器１１４に導かれ、凝縮器１１４の底部に溜められる。水蒸気が凝縮する際に生じる凝縮熱は中液に吸収され、中液は再び沸騰し、水蒸気と高濃度の溶液（以下では濃液という）が生成される。水蒸気と濃液は低温再生器１１２内で分離し、濃液は低温再生器１１２の底部に溜められる。中液より生成した水蒸気は、蒸気圧の低い凝縮器１１４内へ移動する。

凝縮器１１４内の水蒸気は、冷房運転時には、図１に示すようにバルブ１４０を備える水蒸気流路１４２を経由して、送風機１４４によって冷却される大気熱交換器１４６に導かれる。水蒸気は大気熱交換器１４６で凝縮し、凝縮器１１４へ還流し、凝縮器１１４の底部に溜められる。この際の凝縮熱は、大気熱交換器１４６から大気へ放出される。暖房運転時には、図２に示すようにバルブ１４０が閉止され、凝縮器１１４内に備えられた凝縮熱交換器１４８の表面で凝縮し、凝縮器１１４の底部に溜められる。この際の凝縮熱は、凝縮熱交換器１４８内を流れる作動流体によって吸収される。

負圧タンク１２０の下部には、２つの熱交換器１５０、１５２が備えられている。熱交換器１５０、１５２は、三方弁１５４、１５６の流路切替えによって、一方が蒸発器１１６の熱交換器（蒸発熱交換器）として機能し、他方が吸収器１１８の熱交換器（吸収熱交換器）として機能する。図１に示すように、冷房運転時には熱交換器１５０が吸収熱交換器、熱交換器１５２が蒸発熱交換器として機能する。図２に示すように、暖房運転時には熱交換器１５２が吸収熱交換器、熱交換器１５０が蒸発熱交換器として機能する。吸収熱交換器には、濃液流路１５８を経由して低温再生器１１２の底部から供給される濃液が、上方から散布される。この際に、濃液流路１５８を流れる濃液は、希液流路１３０を流れる希液と、熱交換器１６２で熱交換する。これによって、希液流路１３０を流れる希液は加熱されて熱交換器１３６へ供給され、濃液流路１５８を流れる濃液は冷却されて吸収器１１８に供給される。蒸発熱交換器には、水流路１６０を経由して凝縮器１１４の底部から供給される水が、上方から散布される。

蒸発熱交換器（図１に示す冷房運転時は熱交換器１５２）に散布された水は、蒸発熱交換器の表面で蒸発して水蒸気となり、蒸気圧の低い吸収器１１８に移動する。この際に、蒸発熱交換器の表面で発生する水蒸気によって、蒸発熱交換器内を流れる作動流体から蒸発熱が奪われ、作動流体が冷却される。吸収器１１８に移動した水蒸気は、吸収熱交換器（冷房運転時は熱交換器１５０）の表面で濃液に吸収され、希液となって吸収器１１８の底部に溜められる。この際に発生する吸収熱は、吸収熱交換器内を流れる作動流体によって吸収される。

濃液流路１５８、水流路１６０は、それぞれ三方弁１５４、１５６を備えている。冷房運転時には、三方弁１５４は濃液が熱交換器１５０へ流れるように、三方弁１５６は水が熱交換器１５２へ流れるように切替わる。暖房運転時には、三方弁１５４は濃液が熱交換器１５２へ流れるように、三方弁１５６は水が熱交換器１５０へ流れるように切替わる。

圧縮式ヒートポンプ１０８は、フレオン、炭酸ガスなどの圧縮性流体を作動流体とする。圧縮式ヒートポンプ１０８は、コンプレッサ１６４と、大気熱交換器１６６と、膨張弁１６８を備えている。大気熱交換器１６６には送風機１４４が付設されている。圧縮式ヒートポンプ１０８は四方弁１７０、１７２、１７４、１７６、１７８、三方弁１８０、１８２、１８４を備えており、空調装置１０２や貯湯槽１０４の運転に応じて、作動流体の流路を切替える。

冷房運転時は、図１に示すように、四方弁１７０、１７２、１７４、１７８、三方弁１８０、１８２、１８４を切替えて、コンプレッサ１６４で圧縮された作動流体が、大気熱交換器１６６、膨張弁１６８、熱交換器１５０（吸収熱交換器）の順に通過して、コンプレッサ１６４へ戻る流路を形成する。作動流体はコンプレッサ１６４によって圧縮されて高温となり、大気熱交換器１６６において送風機１４４によって冷却されて凝縮し、凝縮熱を大気に放出する。凝縮した作動流体は膨張弁１６８で膨張して低温となり、熱交換器１５０に供給される。低温の作動流体は熱交換器１５０の表面で発生する吸収熱によって加熱されて蒸発する。蒸発した作動流体はコンプレッサ１６４へ戻る。

暖房運転時は、図２に示すように、四方弁１７０、１７２、１７４、１７６、１７８、三方弁１８０、１８２、１８４を切替えて、コンプレッサ１６４で圧縮された作動流体が、熱交換器１５０（蒸発熱交換器）、膨張弁１６８、大気熱交換器１６６、排熱回収熱交換器１８５の順に通過して、コンプレッサ１６４へ戻る流路を形成する。作動流体はコンプレッサ１６４によって圧縮されて高温となり、熱交換器１５０に供給される。熱交換器１５０の表面で発生する水蒸気に蒸発熱を奪われ、作動流体は凝縮する。凝縮した作動流体は膨張弁１６８で膨張して低温となり、大気熱交換器１６６において送風機１４４によって加熱され、蒸発する。蒸発した作動流体は排熱回収熱交換器１８５において高温再生器１１０の燃焼排ガスによって加熱され、コンプレッサ１６４へ戻る。

空調装置１０２は、水を作動流体とする。冷房運転時は、図１に示すように、四方弁１８６、１８８、三方弁１９０、１９２を切替え、ポンプ１９４によって駆動されて空調装置１０２から供給される作動流体が、熱交換器１５２（蒸発熱交換器）を通過して、空調装置１０２へ戻る流路が形成される。空調装置１０２から供給される高温の作動流体は、熱交換器１５２の表面で発生する水蒸気に蒸発熱を奪われ、低温となって空調装置１０２へ戻る。

暖房運転時は、図２に示すように、四方弁１８６、１８８、三方弁１９０、１９２を切替え、ポンプ１９４によって駆動されて空調装置１０２から供給される作動流体が、排熱回収熱交換器１９６、熱交換器１５２（吸収熱交換器）、凝縮熱交換器１４８の順に通過して、空調装置１０２へ戻る流路を形成する。空調装置１０２から供給される低温の作動流体は、高温再生器１１０の排熱回収熱交換器１９６で燃焼排ガスによって加熱され、熱交換器１５２の表面で発生する吸収熱によって加熱され、凝縮熱交換器１４８の表面で発生する凝縮熱によって加熱されて、空調装置１０２へ戻る。

本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００は、空調装置１０２が冷房運転を行う際に、空調装置１０２で吸収した熱を、大気熱交換器１４６、１６６を用いて大気へ放出することによって、冷房を行うことができる。圧縮式ヒートポンプ１０８と吸収式ヒートポンプ１０６を併用することで、吸収式ヒートポンプ１０６のみを利用する場合に比べて、高いＣＯＰを実現することができる。また圧縮式ヒートポンプ１０８と吸収式ヒートポンプ１０６を併用することで、圧縮式ヒートポンプ１０８のみを利用する場合に比べて、コンプレッサ１６４にかかる負荷を軽減することができる。

本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００は、空調装置１０２が暖房運転を行う際に、大気熱交換器１６６で大気中から吸収した熱と、高温再生器１１０の高温再生熱交換器１２４で燃焼ガスから吸収した熱と、コンプレッサ１６４で作動流体に付与されるエネルギーを利用して、暖房を行うことができる。圧縮式ヒートポンプ１０８と吸収式ヒートポンプ１０６を併用することで、吸収式ヒートポンプ１０６のみを利用する場合に比べて、高いＣＯＰを実現することができる。また圧縮式ヒートポンプ１０８と吸収式ヒートポンプ１０６を併用することで、圧縮式ヒートポンプ１０８のみを利用する場合に比べて、コンプレッサ１６４にかかる負荷を軽減することができる。

本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００では、空調装置１０２が暖房運転を行う際に、コンプレッサ１６４に供給される作動流体を、高温再生器１１０の排熱回収熱交換器１８５で燃焼排ガスを利用して加熱している。これによって、コンプレッサ１６４で必要とされる圧縮比を軽減して、コンプレッサ１６４にかかる負荷をさらに軽減することができる。さらに燃焼排ガスに含まれる熱を回収して利用することで、高いＣＯＰを実現することができる。

本実施例のハイブリッドヒートポンプ１００では、空調装置１０２が暖房運転を行う際に、空調用の作動流体を高温再生器１１０の熱交換器１９６で燃焼排ガスを利用して加熱している。これによって、高温再生器１１０の燃焼ガスの熱を有効に活用することができ、ＣＯＰをさらに向上することができる。

（２）貯湯運転
本発明のハイブリッドヒートポンプシステム１００の貯湯運転について、図３を参照しながら説明する。
貯湯槽１０４は、内部に温水を蓄えている。貯湯槽１０４の内部の温水は温度成層を形成しており、貯湯槽１０４の上部には高温の温水が貯えられ、下部には低温の温水が貯えられている。給湯を行う際には、貯湯槽１０４の上部から高温の温水が汲み出され、貯湯槽１０４の下部から水道水が給水される。
貯湯運転時には、四方弁１９８が切替えられ、貯湯槽１０４の底部から熱交換器２００、２０２を経由して貯湯槽１０４の上部に戻る流路が形成される。また、圧縮式ヒートポンプ１０８において、四方弁１７０、１７２、１７４、１７６、１７８、三方弁１８０、１８２、１８４が切替えられ、コンプレッサ１６４で圧縮された作動流体が、熱交換器１５０、膨張弁１６８、大気熱交換器１６６、排熱回収熱交換器１８５を順に通過して、コンプレッサ１６４に戻る流路が形成される。さらに、四方弁１８６、１８８、三方弁１９０、１９２が切替えられ、ポンプ２０６から、排熱回収熱交換器１９６、熱交換器１５２、凝縮熱交換器１４８、熱交換器２０２を順に経由して、ポンプ２０６に戻る作動流体の流路が形成される。

通常の貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ１０６と、圧縮式ヒートポンプ１０８の双方の運転によって、貯湯槽１０４の水を加熱する。貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ１０６と圧縮式ヒートポンプ１０８は、暖房運転時と同様の運転を行う。
貯湯運転においては、ポンプ２０６の駆動によって熱交換器２０２から供給される作動流体は、排熱回収熱交換器１９６によって加熱される。加熱された作動流体は、熱交換器１５２（吸収熱交換器）において、熱交換器１５２の表面で発生する吸収熱によって加熱される。加熱された作動流体は、凝縮熱交換器１４８において、凝縮熱交換機１４８の表面で発生する凝縮熱によって加熱される。高温再生器１１０の燃焼排ガスの排熱と、吸収器１１８の吸収熱と、凝縮器１１４の凝縮熱で加熱された作動流体は、熱交換器２０２へ戻り、貯湯槽１０４の下部からポンプ２０４によって汲み出されて貯湯槽１０４の上部へ戻る水を加熱する。
なお上記した貯湯運転においては、熱交換器２００における熱交換は行われない。

本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００によれば、大気熱交換器１６６で大気中から吸収した熱と、高温再生器１１０の高温再生熱交換器１２４で燃焼ガスから吸収した熱と、排熱回収熱交換器１９６で燃焼排ガスから吸収した熱と、排熱回収熱交換器１８５で燃焼排ガスから吸収した熱と、コンプレッサ１６４で作動流体に付与されるエネルギーを利用して、貯湯槽１０４に高温の温水を貯めることができる。コンプレッサ１６４に大きな負荷をかけることなく、高いＣＯＰを実現しながら、高温の温水を貯湯槽１０４に貯めることができる。

（３）冷房・貯湯運転
本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００は、冷房運転と貯湯運転を同時に行うこともできる。図４を参照しながら、冷房・貯湯運転について説明する。

冷房・貯湯運転時には、四方弁１９８が切替えられ、貯湯槽１０４の底部から熱交換器２００、２０２を経由して貯湯槽１０４の上部に戻る流路が形成される。また、圧縮式ヒートポンプ１０８において、四方弁１７０、１７２、１７４、１７８、三方弁１８０、１８２、１８４が切替えられ、コンプレッサ１６４で圧縮された作動流体が、熱交換器２００、膨張弁１６８、熱交換器１５０、排熱回収熱交換器１８５を順に通過して、コンプレッサ１６４に戻る流路が形成される。さらに、四方弁１８６、三方弁１９０、１９２が切替えられ、ポンプ１９４の駆動によって作動流体が空調装置１０２から熱交換器１５２を経由して空調装置１０２に戻る流路が形成される。さらに、四方弁１８８が切替えられ、ポンプ２０６の駆動によって作動流体が熱交換器２０２から凝縮熱交換器１４８を経由して熱交換器２０２に戻る流路が形成される。

冷房・貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ１０６と、圧縮式ヒートポンプ１０８の双方の運転によって、貯湯槽１０４の水を加熱する。冷房・貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ１０６は、冷房運転時とほぼ同様の運転を行うが、蒸発器１１４内の水蒸気を大気熱交換器１４６で大気との熱交換によって冷却する代わりに、蒸発熱交換器１４８内を流れる作動流体との熱交換によって冷却する。圧縮式ヒートポンプ１０８の作動流体は、コンプレッサ１６４によって圧縮されて高温となり、熱交換器２００において冷却されて凝縮し、凝縮熱を放出する。凝縮した作動流体は膨張弁１６８で膨張して低温となり、熱交換器１５０に供給される。低温の作動流体は熱交換器１５０の表面で発生する吸収熱によって加熱されて蒸発する。蒸発した作動流体は排熱回収熱交換器１８５において高温再生器１１０の燃焼排ガスによって加熱され、コンプレッサ１６４へ戻る。熱交換器２００では、ポンプ２０４の駆動によって貯湯槽１０４の底部から汲み出された水と、コンプレッサ１６４で圧縮されて高温となった作動流体との間で熱交換が行われ、水は加熱されて熱交換器２０２へ供給される。
冷房・貯湯運転においては、ポンプ２０６の駆動によって、作動流体は熱交換器２０２から凝縮熱交換器１４８を経由して熱交換器２０２に戻る。作動流体は凝縮熱交換器１４８において、凝縮熱交換器１４８の表面で発生する凝縮熱によって加熱されて高温となる。高温となった作動流体は、熱交換器２０２において、貯湯槽１０４に戻る水と熱交換する。熱交換器２０２で加熱されて高温となった水は、貯湯槽１０４の上部に還流する。
上記のようにして、本実施例のハイブリッドヒートポンプシステム１００は、冷房運転と貯湯運転を同時並行して行うことができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ハイブリッドヒートポンプシステム１００の冷房運転時の状態を示す図である。 ハイブリッドヒートポンプシステム１００の暖房運転時の状態を示す図である。 ハイブリッドヒートポンプシステム１００の貯湯運転時の状態を示す図である。 ハイブリッドヒートポンプシステム１００の冷房・貯湯運転時の状態を示す図である。

符号の説明

１００：ハイブリッドヒートポンプシステム
１０２：空調装置
１０４：貯湯槽
１０６：吸収式ヒートポンプ
１０８：圧縮式ヒートポンプ
１１０：高温再生器
１１２：低温再生器
１１４：凝縮器
１１６：蒸発器
１１８：吸収器
１２０：負圧タンク
１２２：分離器
１２４：高温再生熱交換器
１２６：加熱源
１２８、１９４、２０４、２０６：ポンプ
１３０：希液流路
１３２、１４２：水蒸気流路
１３４：中液流路
１３６、１５０、１５２、１６２、２００、２０２：熱交換器
１３８：低温再生熱交換器
１４０：バルブ
１４４：送風機
１４６、１６６：大気熱交換器
１４８：凝縮熱交換器
１５４、１５６、１８０、１８２、１８４、１９０、１９２：三方弁
１５８：濃液流路
１６０：水流路
１６４：コンプレッサ
１６８：膨張弁
１７０、１７２、１７４、１７６、１７８、１８６、１８８、１９８：四方弁
１８５、１９６：排熱回収熱交換器

Claims (5)

1. 吸収式ヒートポンプと圧縮式ヒートポンプを組合せたハイブリッドヒートポンプシステムであって、
   燃焼ガスとの熱交換によって溶液を加熱し、溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、
   分離された溶媒蒸気を第１流体との熱交換によって凝縮させる凝縮器と、
   凝縮した溶媒を第２流体との熱交換によって蒸発させる蒸発器と、
   溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収させて濃縮溶液を希釈し、希釈された溶液を第３流体との熱交換によって冷却する吸収器と、
   冷却された溶液を再生器に還流させるポンプとを備える吸収式ヒートポンプと、
   作動流体を圧縮する圧縮器と、
   作動流体を膨張させる膨張器と、
   作動流体を大気と熱交換させる大気熱交換器とを備え、
   作動流体を第２流体または第３流体として吸収式ヒートポンプで熱交換させる圧縮式ヒートポンプとを備え、
   再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって、圧縮器に供給される作動流体を加熱する
   ことを特徴とするハイブリッドヒートポンプシステム。
2. 空調用流体を第３流体として吸収器で熱交換させて加熱する手段と、
   吸収器で加熱された空調用流体を利用して暖房運転を行う空調装置と
   をさらに備え、
   前記圧縮式ヒートポンプは、
   圧縮器で圧縮された作動流体を第２流体として蒸発器で熱交換させて冷却し、
   膨張器で膨張した作動流体を大気熱交換器で熱交換させて加熱する
   ことを特徴とする請求項１のハイブリッドヒートポンプシステム。
3. 再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって、空調用流体を加熱する
   ことを特徴とする請求項２のハイブリッドヒートポンプシステム。
4. 空調装置から供給される空調用流体を再生器の燃焼排ガスとの熱交換によって加熱し、
   再生器で加熱された空調用流体を第３流体として吸収器で熱交換させて加熱し、
   吸収器で加熱された空調用流体を第１流体として凝縮器で熱交換させて加熱し、
   凝縮器で加熱された空調用流体を空調装置へ還流させる
   ことを特徴とする請求項３のハイブリッドヒートポンプシステム。
5. 内部に水を蓄える貯湯槽と、
   貯湯槽の底部から水を汲み出して貯湯槽の上部に戻す手段
   をさらに備え、貯湯槽の底部から汲み出した水を第１流体との熱交換によって加熱し、加熱された水を貯湯槽の上部に戻すことを特徴とする請求項１のハイブリッドヒートポンプシステム。

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